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夜上海论坛 1.1杂填土以及膨胀土
杂填土按照成分可以分为建筑垃圾土、工业垃圾土以及生活垃圾土。杂填土是由于人们活动造成的无规律积累物形成的,它具有厚薄不一、成分多样、颗粒不均匀、孔隙较大松散的显著特点。膨胀土具有失去水后收缩、遇到水变膨胀的特性,属于黏土。具有高度的塑造性,是部分地质工程勘察中的地基方案选择。
夜上海论坛 1.2饱和粉土和饱和粉细砂
饱和粉土和饱和粉细砂的特点有:结构松散,在静载作用力下能够保持较高的强度,但是在地震力或是振动力的作用下超孔隙水压增大,颗粒之间的作用力降低,土中排水不畅时可以使土悬浮,产生液化沉陷导致土的承载能力下降或地基发生失稳状态。应对于饱和粉细砂以及饱和粉土的液化程度和液化层分布范围进行查明。
1.3软弱黏性土
软弱粘性土是湖沼相和相泄湖海相三角洲的结合沉淀物,它在第四纪后期形成的软弱性土具有孔隙比大天然含水量高压缩性高抗剪强度低承载力低渗透性弱以及沉降稳定时间长的显著特点。
2地基基础方案的选择
夜上海论坛 地基方案选择的主要目的是为了提高软弱地基的承载能力、消除地基土的振动液化沉陷影响、减轻膨胀土的胀缩性、消除黄土的湿陷性、防止沉降量过大及不均匀沉降的产生、防止剪切破坏使地基失稳、满足上部结构对地基的要求。
2.1杂填土和膨胀土
夜上海论坛 杂填土一般是由建筑垃圾、生活垃圾、原土压实。杂填土一般不宜采用天然地基,但在填筑年代超过5年后,性能稳定的工业垃圾和建筑垃圾均会达到一定的密实度。此类地基在采取上部结构刚度的措施和加强基础措施后,可作为一般建筑物的天然地基持力层,但其地基承载力应根据其它原位测试手段或载荷试验取得。对于局部厚度较小的杂填土,可采用表层压实法、重锤夯实法、换土垫层法或将填土挖除,将基础直接置于稳定的土层上。对于深度较大的杂填土,可采用复合地基处理或强夯法处理。对于有机质含量较多的生活垃圾当厚度不大时可挖除回填好土,对于厚度较大的生活垃圾不宜采用强夯法、表层压、换土垫层,应当采用桩基础。由于膨胀土质具有失去水后收缩,遇到水变膨胀的特性,因此影响膨胀土质的重要因素即是含水量。对于膨胀土质需要调查当地的区域水质条件和气候条件,分析土质的含水量不同压力作用下土质的自由膨胀率和土质的膨胀率,最后确定地基土的膨胀等级。根据当地的区域水质条件、气候条件的实际情况,处理地基的膨胀力,保持地基不受变形的影响。对需要处理的膨胀土,要考虑到地下水位以及湿陷程度对膨胀土的影响。在地下水位深、膨胀土较厚的情况下,可以利用地基土的上部,对基础进行浅埋工作,减小地基土的膨胀变形量。当膨胀土的厚度在2m~1m,膨胀土处于地表3m~2m之间时,可以采用全部挖出膨胀土的方法,挖出膨胀土后进行砂土或者灰土黏性土的替换。当膨胀土埋藏很深并且土质的承载能力不能满足高层建筑物的要求时,使用桩基础的方法解决。换土垫层方法用来处理膨胀土埋藏较浅并且土质厚度很大的情况。
2.2饱和粉细砂以及饱和粉土
夜上海论坛 当处理饱和粉细砂以及饱和粉土的液化地基土时,要根据饱和粉细砂以及饱和粉土的液化等级以及建筑物的特性进行综合确定分析,不能一接触液化场就消除液化沉陷的影响比如,可以不采取任何消除液化措施的是丁类建筑物的轻微液化场地和丁类建筑物的中等液化场地,对于丁类建筑物的严重液化场地需要进行上部结构和基础结构的处理,对于丙类建筑物的轻微液化场地和丁类建筑物的中等液化场地也需要进行加强上部结构和基础结构的处理,对于丙类建筑物的严重液化场地需要进行全部消除或部分消除液化沉陷的影响,此外也需要进行加强上部结构和基础结构的处理,对于乙类建筑物的轻微液化场地需要进行部分消除液化沉陷的影响或进行加强上部结构和基础结构的处理。对于那些全部需要消除液化沉陷的场地,在处理深度时要保持处理深度高于液化深度的下限,通过改善排水条件或增加土地的密实程度,可以有效的处理液化的地基对碎石桩进行振冲挤密或振冲置换时消除超孔隙水压以及增加土地密实程度的有力措施,还可以选用强夯法灌浆法对土地密实程度进行加大处理,在使用桩基础时可以将桩端降到液化程度以下来稳定土层。
2.3软弱黏性土
面积不大的或是埋藏不深的软弱粘性土可以进行挖掘处理或是采用基础加深的措施。对于厚度很大的软弱粘性土可以采用灰土桩垫层换土法,对于宽度小的基础可以选用条形地梁跨越。排水固结法可以作用于不含水砂层的软弱粘性土。
2.4天然地基
天然地基是地质工程建设中最优选用的地基种类。在地质工程建设中遇到天然地基时,需要结合基础形式以及地基的上部结构进行综合处理分析。天然地基的每层土层的地基承载能力以及物理力学指标有很大的差异,天然地基的土质都是经过沉积循环后成层出现的,首先要做到把上部承载能力强的土层当成天然地基的支持力层,然后对其下部卧层土层的承载能力进行验算,看看能否满足承载力的要求。当天然地基下部卧层土层的承载能力不能保证承载力的要求时,为了加大厚度,需要对基础进行浅埋处理,在这个过程中要保持冻土的深度小于支持力层土层的厚度。对基础进行加宽处理可减少上部结构的天然地基单位承载能力需求。地基的边坡稳定性、地基的变形程度、地基的承载能力是选择天然地基的三个必要条件。在地基土的质地比较均匀、地基土的压缩性小、地基土的承载能力高时,在保证地基承载能力的同时就可以保证地基的边坡稳定性以及地基的变形程度。
3结论
盆地勘探历程
库泰盆地,于19世纪末(1897年),在SangaSanga背斜构造上钻探发现了油气,核实其最终探明储量达332.6MMboe。随后几十年,在该构造带及相邻构造带进行了钻探,但由于当时油气勘探理论及钻探技术都较落后,如找油主要依据野外油苗,且钻井深度最大只有950m,致使在该地区一直无重大发现。
夜上海论坛 从1940年开始,库泰盆地勘探完全处于停滞状态,直到20世纪60年代,印度尼西亚政府为振兴石油工业,出台了一系列优惠政策以吸引国际石油公司进入该国进行油气勘探,此时库泰盆地勘探才步入正轨。在国际石油公司先进勘探理论及勘探技术指导下,随后十多年库泰盆地迎来了勘探的黄金期(图3),在盆地的陆上及滨海区陆续有大批大型、特大型油气田被发现。如Unocal石油公司1970年发现了探明储量达1446MMBoe的Attaka油田,Huffco石油公司于1972年和1974年分别发现了探明储量达1312.24MMboe的Badak油田和996MMBoe的Nilam油气田,Total石油公司于1975年和1977年分别发现探明储量达1297MMBoe的Handil油田和探明储量达2998.49MMBoe的Tunu气田。从1982年至1990年,库泰盆地的油气发现慢慢趋缓。在这期间,Union石油公司于1982年发现探明储量达194MMboe的Kerenden1油气田;Total石油公司于1986年发现储量达523MMboe的Sisi-1油气田。
除此之外,整体无重大发现。进入21世纪,库泰盆地勘探逐渐向深水发展。2001年,在水深963m处,发现WestSeno气田,地质储量为690MMBoe,具有里程碑意义。原来认为深水区域缺乏烃源岩发育,随着该气田的发现,立即掀开了库泰盆地勘探的新局面。至2008年,短短几年间,库泰盆地深水区陆续发现探明储量约2800MMboe。
夜上海论坛 盆地构造演化及沉积充填
夜上海论坛 库泰盆地的演化可分为三个主要阶段:始新世断陷期、渐新世—早中新世拗陷期及中中新世—现今反转(挤压)期。断陷早期以陆相沉积为主,断陷晚期及拗陷期以半深海—深海沉积为主,反转期以三角洲沉积为主。通过文献资料发现,库泰盆地地层名称相当紊乱,往往同一套地层有三个以上名字,为便于统一,本文以下涉及到地层名称时统一用年代地层单位。
1断陷期
始新世早期,在太平洋板块、印澳板块和东南亚板块聚敛的影响下,东巽他大陆分裂,在前第三纪巽他克拉通内部及其附近形成了裂谷型库泰盆地。始新世早期盆地主要为陆相沉积,以粗粒河流扇三角洲沉积为主。随后盆地快速沉降,海水入侵,在盆地西部以河流、浅海扇三角洲沉积为主,沉积物源主要来自西北部Kuching带,盆地东部进入半深海—深海沉积环境,在局部高部位发育碳酸盐台地(图4)。
2拗陷期
始新世晚期至渐新世,伴随望加锡海峡张开及东加里曼丹挤压应力停止,库泰盆地进入拗陷阶段。盆地以半深海—深海沉积环境为主,在局部隆起区发育碳酸盐台地(图5),在此期间主要沉积了巨厚海相页岩。
3反转期
中新世早期,澳大利亚板块北西向向欧亚板块聚敛,加里曼丹地块南缘处于挤压应力场中,同时南地块向南与加里曼丹地块碰撞,加里曼丹地块普遍造山,盆地西北部Kuching凸起的抬升造成盆地内的海退,广海沉积范围缩小,同时受挤压应力及早期地层的重力滑脱作用,盆地开始回返。此时西北面Kuching凸起仍然是盆地的主要物源区,向盆地提供粗碎屑。由于沉积物供给超过盆地沉降,沉积中心向东迁移,滨海相沉积向东扩展,河流—三角洲砂岩和煤向东进积在较老深水沉积地层之上(图6)。
夜上海论坛 随着区域挤压的继续,中中新世开始,盆地完全反转,盆地中部三马林达复背斜带形成,将库泰盆地分为西北部的上库泰盆地和东南部的下库泰盆地,上库泰盆地由于遭受强烈挤压抬升而停止接受沉积。此时,三马林达复背斜成为下库泰盆地的主要物源区,为下库泰盆地提供沉积物源。遭剥蚀的碎屑物,随马哈坎河向东形成进积的马哈坎三角洲,向望加锡海峡推进(图7,图8)。巨厚进积型三角洲沉积为油气生储盖提供了优越条件,库泰盆地所有商业油气发现全部集中于该套三角洲沉积地层。
盆地石油地质特征
1烃源岩特征
库泰盆地区域上发育四套烃源岩(图8):上中新统富含碳质碎屑的深水浊积岩,中中新统三角洲平原煤及三角洲前缘碳质泥岩,下中新统滨浅海相页岩和始新统—渐新统半深海—深海页岩,断陷期碳质泥岩。沉积于中中新统的三角洲平原煤与三角洲前缘碳质泥岩,为库泰盆地最主要烃源岩,碳质泥岩TOC普遍大于2%,煤层TOC介于50%~80%,含烃指数350~400mg/g。该套烃源岩对盆地现今滨浅海区油气生成起主要贡献作用。
夜上海论坛 研究认为,现今库泰盆地勘探最热门的陆坡—陆隆半深海—深海区,烃源岩为富含煤屑及碳质碎屑的浊积岩,平均有机碳为1%~2%,少数可达2%~5%,最大达50%,氢指数50~183mg/g,最大可达400mg/g。它的沉积模式,为低位体系域时期重力流将陆架区的中—上中新统煤及碳质泥岩搬运至陆坡至陆隆区域快速沉积。下中新统紧邻前三角洲的海相页岩,平均有机碳0.5%~1.0%,有机质类型为Ⅲ型,氢指数100~150mg/g,为该盆地一套潜在的烃源岩。始新统—渐新统半深海—深海页岩和断陷期碳质泥岩,为盆地另一套潜在的烃源岩。
若把Ro=0.6%作为有机质成熟度的顶界,则盆地的成熟门限深度为2300~3500m。
2储集层特征
盆地发育四套、三种类型储层(图8):中中新统—上新统河流三角洲砂岩、中中新统—上新统深水陆坡浊积砂岩、始新统—中新统碳酸盐岩和断陷期盆地边缘上超粗碎屑砂岩。中中新世至上新世三角洲平原和前缘环境下沉积的砂岩,为盆地主要储层。如Handil油田,储集层为中中新世至上新世沉积的三角洲平原分流河道、河口坝及前三角洲砂体,随着三角洲的迁移,这些砂体相互叠置,该油田至少有58个宽度为0.5~2km互不相连的砂体。储集层孔隙度介于2%~39%之间,且一般为中至高孔隙度;渗透率普遍较高,主要在(30~5000)×10-3μm2之间。深水区盆底扇、斜坡扇及深水水道中的砂岩是盆地次要储层,但它们却是现今库泰盆地最主要的勘探对象,如位于水深963m的WestSeno气田,储层为上中新统陆坡水道砂岩,孔隙度17%~33%,渗透率(5~2000)×10-3μm2。台地碳酸盐岩礁滩体是盆地潜在的储层,尤其对于盆地深层,由于礁抗压实能力强,它能够很好地保存构造形态而使油气藏免遭破坏。断陷期沉积的粗粒砂岩为盆地深层潜在的储层。
3盖层特征
夜上海论坛 现今主要勘探区———下库泰盆地,主要为三角洲沉积充填。随着三角洲的发育演化,储层上部细粒三角洲平原泥岩、前三角洲泥岩及短期海侵页岩,都可作为直接盖层而对下伏油气起封堵作用。而对于陆坡深水区浊积岩储层而言,其上覆的半深海—深海页岩可作为良好盖层。
4圈闭特征
盆地圈闭分为三种类型:背斜—半背斜圈闭、地层岩性圈闭和生物礁岩性圈闭。背斜—半背斜圈闭是盆地最主要的圈闭类型。现今盆地所发现的绝大部分油气都富集于该类型圈闭中,其应力机制有挤压和重力滑脱两种。挤压背斜主要位于三马林达复背斜带,重力滑脱背斜主要位于下库泰盆地陆架及陆坡区域。地层岩性圈闭是盆地潜在的圈闭类型,位于盆地断陷期始新统。生物礁岩性圈闭处在远离陆缘的台地区,其上直接沉积海相页岩,构成储盖组合。
5含油气系统特征
夜上海论坛 盆地发育三套含油气系统:中中新统(生)—中上中新统(储)为盆地陆架滨浅海区主要含油气系统,上中新统(生)—上中新统/上新统(储)为陆坡陆隆深水区主要含油气系统,始新统/渐新统(生)—始新统/渐新统(储)为盆地深层潜在的含油气系统(图8)。中中新统(生)—中上中新统(储),是库泰盆地现阶段对油气贡献最主要的含油气系统,其烃源岩为中新统沉积的三角洲平原煤及三角洲前缘碳质泥岩,储层为河道、三角洲分支河道和河口坝砂体,圈闭主要为晚期形成的背斜,油气生成期主要为上新世至今(图9)。上中新统(生)—上中新统/上新统(储),为盆地深水区最主要含油气系统,也是库泰盆地现今勘探最热的一套含油气系统。在1995年以前,由于认识上的不足,该套油气系统一直未被发现。2001年,Unocal石油公司发现WestSeno气田,该套油气系统才浮现出来。该系统中烃源岩为富含碳质碎屑的浊积岩,这些碳质碎屑是在低位体系域时,通过重力流的形式搬运至陆坡与深海平原区域快速埋藏而保存下来的。其平均有机碳为1%~2%,少数可达2%~5%,最大达50%,氢指数50~183mg/g,最大可达400mg/g。储层为上中新统—上新统盆底扇、斜坡扇和水道砂体,圈闭为逆冲背斜,生烃期为上新世至今(图10)。始新统/渐新统(生)—始新统/渐新统(储),为盆地深层潜在的含油气系统,尤其在上库泰盆地,该套油气系统较下库泰盆地埋藏浅,具一定勘探价值。
夜上海论坛 油气分布特征及有利勘探方向
夜上海论坛 从所发现的油气田分布来看,它们几乎全部集中于几大背斜构造带中(图2);从含油气层位统计发现,油气基本富集于中中新统、上中新统—上新统(表1)。在陆上及近海地区主要富集于中中新统,海上主要富集于上中新统—上新统,呈现出越往东油气富集层位越新的趋势。下库泰盆地滨浅海区的中中新统—上新统三角洲沉积,由于勘探程度较高,盆地现今大部分经济储量都富集于该套地层,其剩余资源有限。
夜上海论坛 陆坡深水区的斜坡扇、盆底扇和斜坡水道,是现今库泰盆地勘探热点之地,望加锡海峡深海平原区将是潜在勘探区域。三马林达复背斜带顶部,虽遭受强烈剥蚀,但深层的渐新统—下中新统保存完好,能够形成良好储盖组合。
第三纪早期,上库泰盆地边缘砂体上超尖灭,可形成地层岩性圈闭。这类圈闭虽然晚期遭受强烈构造运动,但地层岩性圈闭有较强的抗破坏性,且上库泰盆地第三系埋藏相对较浅,是最为现实的勘探目标。
盆地深层始新统―中新统的台地生物礁储层,普遍具较强抗压实性,虽晚期遭受强烈构造运动,但内部油气却能得到很好的保存,如Kerendan1井,于渐新统生物礁内有良好油气发现,便是很好例证。
结论
夜上海论坛 (1)盆地经历了三期构造运动,断陷期、拗陷期和反转期。断陷早期以陆相沉积为主,断陷晚期及拗陷期,以半深海—深海沉积为主,反转期以三角洲沉积为主。
在对岩土工程受到的地下水影响进行评价的时候,之前的勘察报告很少把施工中的需要和基础的设计进行联系,不能对其危害做出正确的评价,导致很多质量的事故发生。为了对以后的岩土工程进行准确的危害预测,及时得找出危害防止事故发生的有效措施,就必须吸取以前的教训,对地下水的作用进行重视,准确的对水文地质出现的问题进行评价。为了能够对各种条件情况下的水文地质问题进行重点的评价,需要对建筑物的地基类型进行勘察,对其相关的水文地质问题进行调查,给出工程中需要的相关资料。对于基础在地下水位之下的建筑物,它的基础持力层需要采用软质岩石、残积土、强风化岩等,并且对岩土体可能受到地下水作用产生的现象进行重点的评价。对压缩层、承压含水层内的地质进行重点的评价。
2对岩土水理的性质进行测试及研究
夜上海论坛 岩土由于受到地下水的影响,两者之间发生反应,这时岩土就会表现出一些性质,这种性质就是岩土的水理性质。该性质包含许多特性,例如透水性、给水性、容水性等,它们对岩土的三态有着很大的影响作用。岩土中的地下水能够有许多方式存在于其中,比较典型的有承压水、上层滞水、岩溶水和孔隙水,前两种是按照埋藏条件划分的,后两种是依据水层的空隙性质划分的。然而不仅岩土的水理性质会因为地下水存在的形式而有所影响,具体的程度不尽相同,而且该性质也会受到岩土类型的影响。为了能够对以后可能产生改变的地下水量进行及时的观测,方便在施工中进行有效的处理措施,需要对岩土的水理性质进行准确的测试。不仅建筑本身的稳定可能会因为岩土的某些水理性质而发生改变,岩土本身也可能由于某些性质产生特性的改变。为了能够有效的对地质性质等情况进行全面的评价,就必须重视对岩土水理性质的测试。
3岩土工程由于地下水的原因引起的危害
夜上海论坛 3.1岩土工程因地下水位变化引起的危害
夜上海论坛 在岩土工程中,地下水对其造成的危害很多,其中主要的危害原因有地下水位的上升、地下水位的下降以及地下水频繁的升降等。很多因素都会造成潜水位的上升,例如地质、水文气象、温度或者人类行为等因素。岩土工程产生的危害可能不是单一因素引发的,而是多种因素共同作用的结果。土壤的盐渍化、沼泽化等的形成都是由于不断上升的潜水位造成的,建筑下边的岩土或者地下水可能会对其进行腐蚀。此外,岩土还可能产生软化、流砂等不良的地质现象。人们的一些行为,例如对地下水无节制的开采,对下游的地下水进行截取等都可能会使地下水的水位下降。一些经常出现的地质危害、贫乏的地下水源以及地下水的水质不断的恶化等,都是由于地下水的下降幅度超出了正常范围引起的。这些危害对人们的生活环境以及建筑物等都有很大的影响。针对那些膨胀性的岩石,它们的膨胀会受到不断升降的地下水影响,从而发生不均匀的变形。岩石的变形会由于不断升降的地下水而重复的进行着,并且随着重复次数的增多变化的幅度也逐渐的增加。这种现象的发生就会使地面出现裂缝,不断的损害轻小型的建筑物。土质也会受到地下水升降的影响,不断变化的地下水会减少土质层中的一些胶结物,最终将都会流失,从而使土质没有胶结性,就会非常的松动。岩土的承载能力会受到含水量的影响,不断变大的空隙导致承载力越来越低,使得岩土工程的工作产生很大的困难。
3.2岩土工程受地下水动压力作用产生的危害
动水压力在自然状况下不会有很强的作用,几乎不会造成任何的危害。但是这只是在自然的状况下,如果遇到人为的干扰,修建的岩土工程打破了原有的动力平衡,使一些条件得到了改变,这时遇到比较强的移动水时,产生比较强的动水压力,就会使得岩土工程受到很大的损害。这些危害现象一般都包括流砂、基坑突涌或者是管涌等。对于这些危害现象,相关的部门应该对其形成的原因进行细致的研究,通过研究做出合理的治理对策,使其对岩土工程造成的危害能够及时的被解决。
4结语